宇宙的起源与演化.ppt

宇宙的演化 汉语国际教育硕士 20110413088 徐 芳 宇宙有没有起源和终结，它是永恒的还是演化的？这是除宇宙的结构以外又一个根本问题。各种文明都有自己关于宇宙起源的看法。 17世纪以后，各门自然科学的飞速发展，特别是康德关于太阳系起源的星云学说、达尔文关于物种起源的进化论学说等的提出，不断冲击着“天不变，道亦不变”这一僵化自然观的地位。直到20世纪，以众多观测事实为依据的科学的宇宙起源和演化理论才正式宣告诞生。 现代宇宙学的诞生 现代宇宙模型的研究开始于爱因斯坦。 爱因斯但的广义相对论认为，时间和空间并不像人们（牛顿经典理论）一贯认为的那样：空间只是一个让物体在其中运动而本身却不受任何影响的容器；时间则如江河入海，自然流淌。 现代宇宙学的诞生 现代宇宙模型的研究开始于爱因斯坦。爱因斯坦的广义相对论预言，一定质量的天体，将对周围的空间产生影响而使它们“弯曲”。弯曲的空间会迫使其中穿过的光线发生偏转，例如太阳就会使经过其边缘的遥远星体光线发生1.75弧秒的偏转。通常，由于太阳的光太强而使人们无法观测到这一事实。1919年发生了日全蚀，一个英国考察队终于观测到太阳附近的光线偏转，得到的偏转数据正是爱因斯坦所预言的“1.75弧秒”。 爱因斯坦宇宙模型 1917年，爱因斯坦率先把他的广义相对论应用于宇宙学研究，得到一个“有限无界的静态宇宙”模型。所谓“有限无界”是说整个宇宙是一个弯曲的封闭体，它的体积有限而物质均匀分布；而“静态”则是就宇宙的整体空间而言，并非说宇宙的各个部分都全然静止不动。模型克服了牛顿理论和无限宇宙的矛盾，是第一个自洽统一的动力学宇宙模型，揭开了现代宇宙学研究的序幕。 膨胀的宇宙 1922年，苏联数学家弗里德曼在广义相对论的框架下，得到了爱因斯坦宇宙方程的一组动态解，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态。 利用多普勒效应来测算恒星远离我们的速度。 由“多普勒效应”，星系的光谱线红移量v对应于星体的退行速度，退行速度又称为“红移速度”。 哈勃在仔细研究了一批星系的光谱之后发现，绝大多数星系的光谱都表现出红移。 1927年，比利时天文学家勒梅特（1894-1966）在弗里德曼“解”的基础上，把已观测到的河外星系红移解释为大尺度宇宙空间随时间而膨胀的结果，建立了“膨胀宇宙模型”。 1929年，哈勃进一步发现，“星系的光谱线红移量v与它们离我们的距离r存在着简单的正比关系” （哈勃定律）。 如果将红移解释为多谱勒效应，那就意味着所有星系都在离开我们而去。 但是，这并不意味着地球就是宇宙的中心。平均而言，宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。那么，直接的推论就是：字宙中所有的星系都在彼此远离，即我们的宇宙正处于普遍的膨胀之中！ 其他宇宙模型 按照大尺度特征变化与否来区分，有稳恒态宇宙模型和演化态模型。 按照与温度有关的演化方式来区分，则有热模型和冷模型。 按照物质组成来区分，有“正”物质模型和“正—反”物质模型。 在已有的各种宇宙模型中，以热大爆炸宇宙模型最有影响，因为与其他模型相比，它能说明的观测事实最多。 宇宙的起源 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 “大爆炸理论”是伽莫夫于1948年提出的。又称大爆炸宇宙学，现代宇宙系中最有影响的一种学说。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。 大爆炸宇宙 它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。 宇宙大爆炸的过程 　　宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。 　　刚刚诞生的宇宙是炽热、致密的，随着宇宙的迅速膨胀，其温度迅速下降。最初的1秒钟过后，宇宙的温度降到约100亿度，这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。随着这锅汤继续变冷，核反应开始发生，生成各种元素。这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。然后，能够认识宇宙的人类终于诞生了。 　　这幅大爆炸图景，是目前关于宇宙起源最可能的一种解释，被称为“大爆炸模型”。 大爆炸理论诞生于20年代，在40年代由伽莫夫等人进行补